整体硬质合金精密高效直槽扩挤刀

扩挤刀是汽车发动机高精度孔加工专用刀具。汽车发动机的进气管是发动机的重要部件,进气管喷油嘴孔的加工质量直接影响汽车的节油性能。过去加工喷油嘴孔大都使用国外进口的精密扩挤刀,价格昂贵,加工成本很高。为了降低加工成本,提高产品的市场竞争力,汽车刀具国产化已势在必行。下面介绍我公司开发的精密直槽扩挤刀的设计及制造要点。

1被加工孔的特点

发动机喷油孔的加工工序如图1所示。工件材料为AlSi12(Cu)；加工机床为德国DMG60H卧式加工中心；切削参数为v＝3.5m/s,f＝0.14mm/r,冷却方式采用乳化液外冷。

图1

图2

图3

由图可知加工部位如下:扩f11±0.1mm和f14±0.1mm孔,锪f20mm沉孔及成型倒棱面,其中f14±0.1mm孔表面粗糙度要求达到Ra1.6µm。

在加工过程中,由于铝合金强度低,切屑变形大,将影响加工效果,而提高切削速度和加大进给量能减小切屑变形系数,因此采用高转速大进给量加工,能抵消一部分切屑变形。为了保证被加工孔的表面粗糙度值在Ra1.6µm以下,必须设计合理的刀具结构及参数,减小甚至消除积屑瘤,避免鳞刺的产生,防止出现振动,同时还应采取措施对已加工表面进行挤压,进一步降低粗糙度值。

2刀具设计要求

消除积屑瘤

积屑瘤是切屑底层金属与前刀面发生冷焊造成的,适当增大前角,提高前刀面光洁度是消除积屑瘤的主要措施。通常增大前角的主要方法是采用右螺旋面和负偏距平面,但螺旋面是砂轮和工件通过螺旋运动合成的,磨削过程平稳性差,难以获得高光洁度的前刀面,而负偏距平面将降低刀具强度,也不宜采用。此时可采用正偏距平面,它虽使前角有所减小,但将增大切屑的脆性,使之易于断裂,是消除积屑瘤的有效措施。

消除鳞刺

从金属切削原理可知,当切削速度较高时,减小前角可抑制鳞刺的产生,因此,采用正偏距平面除可消除积屑瘤外,还可有效抑制鳞刺的产生。

防止振动

振动通常分为三种:自由振动、强迫振动和自激振动(即颤振)。自由振动和强迫振动与刀具无关；颤振是由振动本身从单向作用的外力获取能量来维持自己的振动,也叫自持振动,此种振动的大小与刀具设计合理与否密切相关。刀具切削时的受力情况如图2、图3所示。

当切削过程中遇到被加工材料的硬质点时,刀具两主切削刃所受主切削力Fz1、Fz2不相等,其径向分力FY1、FY2也不相等,由此导致刀具产生径向振动,并在加工表面上出现振纹,从而增大弹性系统(刀具)的阻尼,抑制振动的产生。图3中刀齿A即可起这种作用。此外,还可对已加工面进行熨压,降低孔的表面粗糙度值。

图4是图3刀齿A挤压工件时的局部放大图。在图4中,F1＝FcosA,当F一定时,A越小,挤压力越大,有利于降低加工表面粗糙度。本设计中,Q面是利用＝300mm的砂轮按图5参数磨出的,它能减小A值,获得较好的挤压效果。

图5

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